有機(jī)硅離子液體模板合成介孔氧化硅及其機(jī)理研究.pdf

1、有序介孔氧化硅材料是指孔徑約在2-50nm之間、孔徑分布較窄且具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的納米氧化硅孔材料。有序介孔材料的合成通常是在表面活性劑自組裝行為的基礎(chǔ)上進(jìn)行，其中表面活性劑起到模板劑的作用。由于有序介孔氧化硅材料在生物催化、吸附分離、藥物載體、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域存在潛在的應(yīng)用前景，有序介孔材料的合成、性質(zhì)及應(yīng)用在材料領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)之一。本文主要圍繞以有機(jī)硅離子液體作為模板劑合成介孔氧化硅球，實(shí)現(xiàn)了對(duì)顆粒尺寸及孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控。結(jié)合有機(jī)硅離子液

2、體在水溶液中的吸附動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果，初步探索了介孔合成機(jī)理。主要研究工作如下:
　　1、采用氣泡壓力張力儀測(cè)定了三硅氧烷吡啶類(lèi)離子液體([Si(3)Py]Cl)和三硅氧烷咪唑類(lèi)離子液體([Si(3)Mim]Cl)在水溶液中的動(dòng)態(tài)表面張力(DST)，考察了濃度和溫度對(duì)其DST的影響。根據(jù)Word-Tordai方程對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算得出不同測(cè)定條件下離子液體分子吸附初始階段和長(zhǎng)時(shí)吸附階段的擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)果表明，上述兩

3、種離子液體在水溶液中的吸附機(jī)理均屬于混合動(dòng)力控制吸附。
　　2、在MARTINI力場(chǎng)的基礎(chǔ)上，采用粗粒(CG)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)[Si(3)Py]Cl和[Si(3)Mim]Cl兩種有機(jī)硅離子液體在水溶液中的聚集行為進(jìn)行了研究。采用密度泛函理論對(duì)兩種離子液體分子進(jìn)行優(yōu)化，在所得優(yōu)化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)建粗粒模型。通過(guò)與全原子(AA)模擬結(jié)果對(duì)比，對(duì)該粗粒模型的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。長(zhǎng)時(shí)間粗粒分子動(dòng)力學(xué)模擬顯示兩種離子液體在水溶液中均呈現(xiàn)囊泡結(jié)

4、構(gòu)。
　　3、采用三硅氧烷吡啶類(lèi)離子液體([Si(3)Py]Cl)作為模板劑和部分硅源，在堿性條件下，室溫下合成了熱穩(wěn)定性較強(qiáng)的有序介孔氧化硅球。同時(shí)結(jié)合透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、N2吸附/脫附、小角X射線衍射（SAXRD）等技術(shù)對(duì)焙燒、正硅酸乙酯的用量及晶化時(shí)間對(duì)顆粒形貌、尺寸、孔結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，所得納米球粒徑大小統(tǒng)一，孔徑分布較窄，且具有較好的熱穩(wěn)定性;隨著正硅酸乙酯用量的增加

5、，納米球顆粒粒徑逐漸變大，BET比表面積和平均孔徑均逐漸變小，孔體積逐漸變大。結(jié)合表征結(jié)果，提出了可能的合成機(jī)理。
　　4、采用三硅氧烷吡啶類(lèi)離子液體([Si(3)Py]Cl)作為模板劑和部分硅源，在體系pH=11下，100℃高壓釜內(nèi)合成了Yolk-shell核殼結(jié)構(gòu)納米氧化硅球。采用透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、N2吸附/脫附研究了體系pH、焙燒、模板劑的濃度對(duì)顆粒形貌及內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，